Kad būtų galima charakterizuoti energetines charakteristikas judėjimas, koncepcija buvo pristatyta mechaninis darbas. Ir tai yra jai joje skirtingos apraiškos straipsnis skirtas. Tema ir lengva, ir gana sunkiai suprantama. Autorius nuoširdžiai stengėsi, kad jis būtų suprantamesnis ir suprantamesnis, belieka tikėtis, kad tikslas pasiektas.
Kaip vadinamas mechaninis darbas?
kaip tai vadinasi? Jei kūną veikia kokia nors jėga ir dėl jos veikimo kūnas juda, tai vadinama mechaniniu darbu. Kai kreipiamasi iš taško mokslinė filosofijačia galima išskirti kelis papildomus aspektus, tačiau straipsnyje bus kalbama apie temą fizikos požiūriu. Mechaninis darbas nėra sunkus, jei gerai apgalvosite čia užrašytus žodžius. Tačiau žodis „mechaninis“ paprastai nerašomas, o viskas sutrumpinama iki žodžio „darbas“. Tačiau ne kiekvienas darbas yra mechaninis. Štai žmogus sėdi ir galvoja. Ar tai veikia? Psichiškai taip! Bet ar tai mechaninis darbas? Nr. O jei žmogus eina? Jei kūnas juda veikiamas jėgos, tai yra mechaninis darbas. Tai paprasta. Kitaip tariant, kūną veikianti jėga atlieka (mechaninį) darbą. Ir dar vienas dalykas: tai darbas, galintis apibūdinti tam tikros jėgos veikimo rezultatą. Taigi, jei žmogus vaikšto, tada tikrai jėgos (trintis, gravitacija ir kt.) atlieka mechaninį darbą su žmogumi, o dėl jų veikimo žmogus pakeičia savo vietos tašką, kitaip tariant, juda.
Dirbk kaip fizinis kiekis lygi kūną veikiančiai jėgai, padaugintai iš kelio, kurį kūnas nuėjo veikiamas šios jėgos ir jos nurodyta kryptimi. Galima sakyti, kad mechaninis darbas buvo atliktas, jei vienu metu buvo įvykdytos 2 sąlygos: kūną veikė jėga, o jis judėjo savo veikimo kryptimi. Bet tai neįvyko arba neįvyksta, jei jėga veikė ir kūnas nepakeitė savo vietos koordinačių sistemoje. Štai nedideli pavyzdžiai, kai mechaniniai darbai neatliekami:
- Taigi žmogus gali atsiremti į didžiulį riedulį, norėdamas jį pajudinti, bet jėgų neužtenka. Jėga veikia akmenį, bet jis nejuda, nevyksta joks darbas.
- Kūnas juda koordinačių sistemoje, o jėga lygi nuliui arba visos jos buvo kompensuotos. Tai galima pastebėti judant pagal inerciją.
- Kai kūno judėjimo kryptis yra statmena jėgos veikimui. Kai traukinys juda kartu horizontali linija, tada gravitacija neatlieka savo darbo.
Priklausomai nuo tam tikrų sąlygų mechaninis darbas gali būti neigiamas ir teigiamas. Taigi, jei tiek jėgų, tiek kūno judesių kryptys yra vienodos, tada atsiranda teigiamas darbas. Teigiamo darbo pavyzdys yra gravitacijos įtaka krintnčiam vandens lašui. Bet jei judėjimo jėga ir kryptis yra priešingi, tada atsiranda neigiamas mechaninis darbas. Tokios galimybės pavyzdys yra balionas, kylantis aukštyn ir gravitacijos jėga, kuri daro neigiamas darbas. Kai kūną veikia kelios jėgos, toks darbas vadinamas „rezultuojančiu jėgos darbu“.
Praktinio pritaikymo ypatybės (kinetinė energija)
Nuo teorijos pereikime prie praktinės dalies. Atskirai turėtume kalbėti apie mechaninį darbą ir jo panaudojimą fizikoje. Kaip daugelis tikriausiai prisimena, visa kūno energija skirstoma į kinetinę ir potencialinę. Kai objektas yra pusiausvyroje ir niekur nejuda, jo potenciali energija lygi visos energijos, o kinetinis lygus nuliui. Kai prasideda judėjimas potenciali energija ima mažėti, kinetinė pradeda didėti, tačiau sumoje jie lygūs bendrajai objekto energijai. Už materialus taškas kinetinė energija apibrėžiama kaip jėgos, kuri pagreitina tašką nuo nulio iki reikšmės H, darbas, o pagal formulę kūno kinetika yra lygi ½*M*N, kur M yra masė. Norėdami sužinoti objekto, susidedančio iš daugelio dalelių, kinetinę energiją, turite rasti visų kinetinė energija dalelių ir bus kinetinė energija kūnai.
Praktinio pritaikymo ypatybės (potenciali energija)
Tuo atveju, kai visos kūną veikiančios jėgos yra konservatyvios, o potencinė energija lygi bendrajai, darbas neatliekamas. Šis postulatas žinomas kaip mechaninės energijos tvermės dėsnis. Mechaninė energija V uždara sistema yra pastovus laiko intervale. Apsaugos įstatymas plačiai naudojamas klasikinės mechanikos problemoms spręsti.
Praktinio pritaikymo ypatybės (termodinamika)
Termodinamikoje darbas, kurį dujos atlieka plėtimosi metu, apskaičiuojamas slėgio ir tūrio integralu. Šis metodas taikomas ne tik tais atvejais, kai yra tiksli tūrio funkcija, bet ir visiems procesams, kurie gali būti rodomi slėgio / tūrio plokštumoje. Ji taip pat taiko žinias apie mechaninį darbą ne tik dujoms, bet ir viskam, kas gali daryti slėgį.
Praktinio pritaikymo praktikoje ypatumai (teorinė mechanika)
Teorinėje mechanikoje išsamiau nagrinėjamos visos aukščiau aprašytos savybės ir formulės, ypač projekcijos. Ji taip pat pateikia savo apibrėžimą įvairios formulės mechaninis darbas (Rimmerio integralo apibrėžimo pavyzdys): riba, iki kurios linksta visų jėgų suma pagrindinis darbas, kai pertvaros smulkumas linkęs į nulį, vadinamas jėgos darbu išilgai kreivės. Tikriausiai sunku? Bet nieko, s teorinė mechanika Visi. Taip, visi mechaniniai darbai, fizika ir kiti sunkumai jau baigėsi. Toliau bus tik pavyzdžiai ir išvada.
Mechaninio darbo matavimo vienetai
SI darbui matuoti naudoja džaulius, o GHS naudoja ergs:
- 1 J = 1 kg m²/s² = 1 N m
- 1 erg = 1 g cm²/s² = 1 dyne cm
- 1 erg = 10–7 J
Mechaninio darbo pavyzdžiai
Norėdami pagaliau suprasti tokią sąvoką kaip mechaninis darbas, turėtumėte išstudijuoti kelis atskirus pavyzdžius, kurie leis jums tai apsvarstyti iš daugelio, bet ne iš visų pusių:
- Kai žmogus rankomis pakelia akmenį, jo rankų raumenų jėgos pagalba vyksta mechaninis darbas;
- Kai traukinys važiuoja bėgiais, jį traukia traktoriaus traukos jėga (elektrovežis, dyzelinis lokomotyvas ir kt.);
- Jei paimsite ginklą ir šaudysite iš jo, tada dėl parako dujų sukuriamos slėgio jėgos bus atliktas darbas: kulka judama palei ginklo vamzdį tuo pačiu metu, kai didėja pačios kulkos greitis;
- Mechaninis darbas taip pat egzistuoja, kai trinties jėga veikia kūną, verčia jį sumažinti judėjimo greitį;
- Aukščiau pateiktas pavyzdys su kamuoliukais, kai jie pakyla į priešinga pusė palyginti su gravitacijos kryptimi, taip pat yra mechaninio darbo pavyzdys, tačiau be gravitacijos veikia ir Archimedo jėga, kai viskas, kas lengvesnė už orą, pakyla aukštyn.
Kas yra galia?
Pabaigai norėčiau paliesti galios temą. Darbas, kurį jėga atlieka per vieną laiko vienetą, vadinamas galia. Tiesą sakant, galia yra fizikinis dydis, atspindintis darbo santykį su tam tikru laikotarpiu, per kurį šis darbas buvo atliktas: M=P/B, kur M – galia, P – darbas, B – laikas. SI galios vienetas yra 1 W. Vatas yra lygus galiai, kuri atlieka vieną džaulį per vieną sekundę: 1 W=1J\1s.
Su mechaniniu darbu (jėgos darbu) esate susipažinę jau iš pagrindinės mokyklos fizikos kurso. Prisiminkime ten pateiktą mechaninio darbo apibrėžimą šiais atvejais.
Jei jėga nukreipta ta pačia kryptimi kaip ir kūno judėjimas, tai jėgos atliekamas darbas
Šiuo atveju jėgos atliktas darbas yra teigiamas.
Jei jėga nukreipta priešingai kūno judėjimui, tai jėgos atliekamas darbas
Šiuo atveju jėgos atliktas darbas yra neigiamas.
Jei jėga f_vec nukreipta statmenai kūno poslinkiui s_vec, tai jėgos atliktas darbas lygus nuliui:
Darbas - skaliarinis dydis. Darbo vienetas vadinamas džauliu (simbolis: J) anglų mokslininko Jameso Joule, kuris grojo, garbei. svarbus vaidmuo atrandant energijos tvermės dėsnį. Iš (1) formulės seka:
1 J = 1 N * m.
1. Išilgai stalo 2 m buvo perkeltas 0,5 kg sveriantis blokas, veikiant jį 4 N tamprumo jėga (28.1 pav.). Trinties koeficientas tarp bloko ir stalo yra 0,2. Koks darbas veikia bloką?
a) gravitacija m?
b) normalios reakcijos jėgos?
c) tamprumo jėgos?
d) slydimo trinties jėgos tr?
Visą darbą, kurį atlieka kelios kūną veikiančios jėgos, galima rasti dviem būdais:
1. Raskite kiekvienos jėgos darbą ir sudėkite šiuos darbus, atsižvelgdami į ženklus.
2. Raskite visų kūną veikiančių jėgų atstojamąjį ir apskaičiuokite rezultato darbą.
Abu metodai leidžia pasiekti tą patį rezultatą. Norėdami tuo įsitikinti, grįžkite į ankstesnę užduotį ir atsakykite į 2 užduoties klausimus.
2. Kam jis lygus:
a) visų bloką veikiančių jėgų atliktų darbų suma?
b) visų bloką veikiančių jėgų rezultatas?
c) darbo rezultatas? IN bendras atvejis(kai jėga f_vec nukreipta į savavališkas kampasį poslinkį s_vec) jėgos veikimo apibrėžimas yra toks.
Darbas A nuolatinė jėga yra lygus jėgos modulio F sandaugai iš poslinkio modulio s ir kampo α tarp jėgos krypties ir poslinkio krypties kosinusui:
A = Fs cos α (4)
3. Parodyk ką bendras apibrėžimas Darbe pateikiamos toliau pateiktoje diagramoje pateiktos išvados. Suformuluokite juos žodžiu ir užsirašykite į sąsiuvinį.
4. Jėga veikiama ant stalo esančiam blokui, kurio modulis lygus 10 N. Kodėl lygus kampui tarp šios jėgos ir bloko judėjimo, jei perkeliant bloką išilgai stalo 60 cm, ši jėga atliko darbą: a) 3 J; b) –3 J; c) –3 J; d) –6 J? Padarykite aiškinamuosius brėžinius.
2. Gravitacijos darbas
Tegul kūnas, kurio masė yra m, vertikaliai juda nuo pradinio aukščio h n iki galutinio aukščio h k.
Jeigu kūnas juda žemyn (h n > h k, 28.2 pav., a), judėjimo kryptis sutampa su gravitacijos kryptimi, todėl gravitacijos darbas teigiamas. Jei kūnas juda aukštyn (h n< h к, рис. 28.2, б), то работа силы тяжести отрицательна.
Abiem atvejais darbas atliekamas gravitacijos būdu
A = mg(h n – h k). (5)
Dabar suraskime gravitacijos atliktą darbą judant kampu vertikaliai.
5. Nedidelis m masės blokas nuslydo išilgai pasvirusios s ilgio ir h aukščio plokštumos (28.3 pav.). Pasvirusi plokštuma sudaro kampą α su vertikale.
a) Koks kampas tarp gravitacijos krypties ir bloko judėjimo krypties? Padarykite aiškinamąjį brėžinį.
b) Išreikškite gravitacijos darbą m, g, s, α.
c) Išreikškite s kaip h ir α.
d) Išreikškite gravitacijos darbą m, g, h.
e) Kokį darbą atlieka gravitacija, kai blokas juda aukštyn išilgai tos pačios plokštumos?
Atlikę šią užduotį esate įsitikinę, kad gravitacijos darbas išreiškiamas formule (5) net tada, kai kūnas juda kampu vertikaliai – tiek žemyn, tiek aukštyn.
Bet tada formulė (5) gravitacijos darbui galioja, kai kūnas juda bet kuria trajektorija, nes bet kurią trajektoriją (28.4 pav., a) galima pavaizduoti kaip mažų „ pasvirusios plokštumos“ (28.4 pav., b). 
Taigi,
gravitacijos atliktas darbas judant bet kuria trajektorija išreiškiamas formule
A t = mg(h n – h k),
kur h n – pradinis kūno aukštis, h k – jo galutinis aukštis.
Gravitacijos atliekamas darbas nepriklauso nuo trajektorijos formos.
Pavyzdžiui, gravitacijos darbas judant kūnui iš taško A į tašką B (28.5 pav.) 1, 2 ar 3 trajektorija yra toks pat. Iš čia visų pirma išplaukia, kad gravitacijos jėga judant uždara trajektorija (kai kūnas grįžta į pradinį tašką) yra lygi nuliui. 
6. M masės rutulys, kabantis ant l ilgio sriegio, išlaikant siūlą įtemptą, buvo nukreiptas 90º kampu ir paleido be stūmimo.
a) Kokį darbą atlieka gravitacija per laiką, per kurį rutulys pasislenka į pusiausvyros padėtį (28.6 pav.)?
b) Kokį darbą per tą patį laiką atlieka sriegio tamprumo jėga?
c) Kokį darbą atlieka rezultatyviosios jėgos, veikiančios rutulį per tą patį laiką?
3. Tamprumo jėgos darbas
Kai spyruoklė grįžta į nedeformuotą būseną, tamprumo jėga visada atlieka teigiamą darbą: jos kryptis sutampa su judėjimo kryptimi (28.7 pav.). 
Raskime darbą, kurį atlieka tamprumo jėga.
Šios jėgos modulis yra susietas su deformacijos moduliu x ryšiu (žr. § 15)
Tokios jėgos atliktą darbą galima rasti grafiškai.
Pirmiausia atkreipkime dėmesį, kad pastovios jėgos atliktas darbas yra skaitiniu būdu lygus stačiakampio plotui po jėgos ir poslinkio grafiku (28.8 pav.). 
28.9 paveiksle parodytas tamprumo jėgos F(x) grafikas. Protiškai suskirstykime visą kūno judėjimą į tokius mažus intervalus, kad kiekviename iš jų jėgą būtų galima laikyti pastovia. 
Tada kiekvieno iš šių intervalų darbas yra lygus figūros plotui po atitinkama grafiko dalimi. Visas darbas yra lygus šių sričių darbų sumai.
Vadinasi, šiuo atveju darbas yra skaitiniu būdu lygus figūros plotui po priklausomybės F(x) grafiku. 
7. Naudodamiesi 28.10 pav., įrodykite, kad
elastinės jėgos atliktas darbas spyruoklei grįžtant į nedeformuotą būseną išreiškiamas formule
A = (kx 2)/2. (7)
8. Naudodami 28.11 paveiksle pateiktą grafiką, įrodykite, kad spyruoklės deformacijai pasikeitus nuo x n iki x k, tamprumo jėgos darbas išreiškiamas formule
Iš (8) formulės matome, kad tamprumo jėgos darbas priklauso tik nuo pradinės ir galutinės spyruoklės deformacijos nulis. Prisiminkime, kad gravitacijos darbas turi tą pačią savybę.
9. B pradžios momentas Spyruoklės, kurios standumas 400 N/m, tempimas yra 3 cm. Spyruoklė įtempta dar 2 cm.
a) Kokia galutinė spyruoklės deformacija?
b) Kokį darbą atlieka spyruoklės tamprumo jėga?
10. Pradiniu momentu 200 N/m standumo spyruoklė ištempiama 2 cm, o paskutiniu momentu suspaudžiama 1 cm Kokį darbą atlieka spyruoklės tamprumo jėga?
4. Trinties jėgos darbas
Leiskite kūnui slysti išilgai fiksuotos atramos. Kūną veikianti slydimo trinties jėga visada yra nukreipta priešinga judėjimui, todėl slydimo trinties jėgos darbas yra neigiamas bet kuria judėjimo kryptimi (28.12 pav.). 
Todėl, jei perkelsite bloką į dešinę, o kaištį tokiu pat atstumu į kairę, tada, nors jis grįš į pradinė padėtis, bendras darbas, kurį atlieka slydimo trinties jėga, nebus lygus nuliui. Tai yra svarbiausias skirtumas slydimo trinties jėgos darbas nuo gravitacijos ir elastingumo darbo. Prisiminkime, kad šių jėgų darbas judant kūnui uždara trajektorija yra lygus nuliui.
11. 1 kg masės blokas buvo perkeltas išilgai stalo taip, kad jo trajektorija būtų kvadratas, kurio kraštinė buvo 50 cm.
a) Ar blokas grįžo į pradinį tašką?
b) Kokį bendrą darbą atlieka bloką veikianti trinties jėga? Trinties koeficientas tarp bloko ir stalo yra 0,3.
5. Galia
Dažnai svarbu ne tik atliekamas darbas, bet ir darbų atlikimo greitis. Jai būdinga galia.
Galia P yra santykis tobulas darbas A į laikotarpį t, per kurį šis darbas buvo baigtas:
(Kartais galia mechanikoje žymima raide N, o elektrodinamikoje – raide P. Mums patogiau naudoti tą patį galios žymėjimą.)
Galios vienetas yra vatas (simbolis: W), pavadintas anglų išradėjo Jameso Watto vardu. Iš (9) formulės išplaukia, kad
1 W = 1 J/s.
12. Kokią jėgą išvysto žmogus 2 s tolygiai pakeldamas 10 kg sveriantį vandens kibirą į 1 m aukštį?
Galią dažnai patogu išreikšti ne darbu ir laiku, o jėga ir greičiu.
Panagrinėkime atvejį, kai jėga nukreipta išilgai poslinkio. Tada jėgos A = Fs atliktas darbas. Pakeitę šią išraišką galios formule (9), gauname:
P = (Fs)/t = F(s/t) = Fv. (10)
13. Automobilis važiuoja horizontaliu keliu 72 km/h greičiu. Tuo pačiu metu jo variklis išvysto 20 kW galią. Kokia yra pasipriešinimo jėga automobilio judėjimui?
Užuomina. Kai automobilis važiuoja horizontaliu keliu su pastovus greitis, traukos jėga yra lygi pasipriešinimo automobilio judėjimui jėgai.
14. Kiek laiko užtruks tolygiai pakelti 4 tonas sveriantį betoninį bloką į 30 m aukštį, jei krano variklio galia 20 kW, o krano elektros variklio naudingumo koeficientas – 75 %?
Užuomina. Elektros variklio efektyvumas lygus santykiui darbas prie krovinių kėlimo variklio darbui. 
Papildomi klausimai ir užduotys
15. Iš balkono 10 aukščio ir 45º kampu į horizontalę buvo išmestas 200 g masės kamuolys. Pasiekimas skrydžio metu maksimalus aukštis 15 m, kamuolys nukrito ant žemės.
a) Kokį darbą atlieka gravitacija keliant rutulį?
b) Kokį darbą atlieka gravitacija, kai kamuolys nuleidžiamas?
c) Kokį darbą atlieka gravitacija viso rutulio skrydžio metu?
d) Ar sąlygoje yra papildomų duomenų?
16. 0,5 kg masės rutulys pakabinamas ant spyruoklės, kurios standumas 250 N/m, ir yra pusiausvyroje. Kamuolys pakeliamas taip, kad spyruoklė nedeformuotųsi ir paleidžiama be stūmimo.
a) Į kokį aukštį buvo pakeltas rutulys?
b) Kokį darbą atlieka gravitacija per laiką, per kurį rutulys pajuda į pusiausvyros padėtį?
c) Kokį darbą atlieka tamprumo jėga per tą laiką, per kurį rutulys pasislenka į pusiausvyros padėtį?
d) Kokį darbą atlieka visų jėgų, veikiančių rutulį, rezultatą, per kurį rutulys juda į pusiausvyros padėtį?
17. 10 kg sveriančios rogės nuslysta be pradinis greitis su snieguotas kalnas kurių pasvirimo kampas α = 30º ir išilgai nukeliauja tam tikrą atstumą horizontalus paviršius(28.13 pav.). Trinties koeficientas tarp rogių ir sniego yra 0,1. Kalno pagrindo ilgis l = 15 m. 
a) ką modulis lygus trinties jėgos, kai rogės juda horizontaliu paviršiumi?
b) Kokį darbą atlieka trinties jėga, rogėms judant horizontaliu paviršiumi 20 m atstumu?
c) Kokio dydžio trinties jėga rogėms judant palei kalną?
d) Kokį darbą atlieka trinties jėga nuleidžiant roges?
e) Kokį darbą atlieka gravitacija nuleidžiant roges?
f) Kokį darbą atlieka roges besileidžiančios nuo kalno rezultatinės jėgos?
18. 1 toną sveriantis automobilis juda 50 km/h greičiu. Variklis išvysto 10 kW galią. Benzino sąnaudos yra 8 litrai 100 km. Benzino tankis yra 750 kg/m 3, o jo specifinė šiluma degimas 45 MJ/kg. Koks yra variklio efektyvumas? Ar yra kokių nors papildomų duomenų apie būklę?
Užuomina. Šilumos variklio naudingumo koeficientas lygus variklio atliekamo darbo ir kuro degimo metu išsiskiriančios šilumos kiekio santykiui.
